Momento de una fuerza con respecto a un punto en el espacio

Problemas resueltos de Mecánica Vectorial para estudiantes de ingeniería, ciencia y tecnología. Sistemas Equivalentes de Fuerzas. Momento de una fuerza con respecto a un punto en el espacio.

1. PROBLEMAS RESUELTOS DE
MECÁNICA VECTORIAL
(ESTÁTICA).
PARA ESTUDIANTES DE INGENIERÍA , CIENCIA
Y TECNOLOGÍA.
CAPÍTULO 2: CUERPOS RÍGIDOS.
SISTEMAS EQUIVALENTES DE
FUERZAS.
MOMENTO DE UNA FUERZA CON RESPECTO
A UN PUNTO EN EL ESPACIO.





Ing. Willians Medina.



Maturín, abril de 2022.

2. Capítulo 2. Cuerpos rígidos. Sistemas equivalentes de fuerzas. Momento de una fuerza con respecto a un punto en el espacio.

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CONTENIDO.

CONTENIDO........................................................................................................................ 2
2.2.- MOMENTO DE UNA FUERZA CON RESPECTO A UN PUNTO EN EL
ESPACIO................................................................................................................................ 3
BIBLIOGRAFÍA. ............................................................................................................... 38

3. Capítulo 2. Cuerpos rígidos. Sistemas equivalentes de fuerzas. Momento de una fuerza con respecto a un punto en el espacio.

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A continuación encontrarás los fundamentos teóricos, algunos ejemplos resueltos paso a
paso así como una serie de ejercicios que se encuentran resueltos en
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directamente al lugar donde se encuentra el ejercicio resuelto en nuestro site.

2.2.- MOMENTO DE UNA FUERZA CON RESPECTO A UN PUNTO EN EL
ESPACIO.
La determinación del momento de una fuerza en el espacio se simplifica en forma
considerable si el vector de fuerza y el vector de posición a partir de su punto de aplicación
se descomponen en sus componentes rectangulares x, y y z.
El momento MB de una fuerza F aplicada en A con respecto a un punto arbitrario B, se
obtiene mediante FrM
B
(4)
r: Vector posición trazado desde B hasta cualquier punto que se encuentre sobre la línea de
acción de F.
F: Fuerza. zyx
zyxB
FFF
rrr
kji
M
(5)
rx,ry,rz: Componentes x, y, z del vector posición trazado desde el punto B hasta cualquier
punto sobre la línea de acción de la fuerza. xF
, y
F ,
zF
: Componentes x, y, z del vector fuerza F.
Cuando se conocen dos puntos en la línea de acción de la fuerza, el vector r puede ser
definido indistintamente desde el punto de referencia de cálculo del momento hasta
cualquiera de los dos puntos en la línea de acción de la fuerza, obteniéndose en ambos
casos el mismo resultado para el momento. En los problemas siguientes, donde aplique, se
realizará el cálculo del momento usando los dos puntos citados al principio de este párrafo.

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Solución.
El vector fuerza FCB es único y tiene dos puntos sobre su línea de acción (B y C), sin
embargo, dado que el vector posición debe ser trazado desde el punto de referencia para el
cálculo del momento (A) hacia cualquier punto sobre la línea de acción de la fuerza (B o C),
existen dos configuraciones vectoriales que permiten determinar el momento de la fuerza
dada con respecto al punto A.
CBACA FrM 
CBABA FrM 

Se ha elegido la siguiente configuración de vectores para el cálculo del momento.

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CBACA FrM 

Vector posición.
Punto de referencia para el cálculo del momento: A ( 0 , 0 , 0 )
Punto sobre la línea de acción de la fuerza: C ( 3 , 4 , 0 )
rAC = (3 – 0) i + (4 – 0) j + (0 – 0) k
rAC = 3 i + 4 j + 0 k
Fuerza. CBCBCB
uFF

uCB: vector unitario de la dirección de la fuerza.
Coordenadas del punto C: C ( 3 , 4 , 0 )
Coordenadas del punto B: B ( 1 , 3 , 2 )
Vector CB.
CB = (1 – 3) i + (3 – 4) j + (2 – 0) k

CB = – 2 i – j + 2 k

Módulo del vector CB. 222
)2()1()2( CB
414CB
9CB
3CB

Vector unitario.

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3
22 kji
u
CB



uCB = –0.6667 i – 0.3333 j + 0.6667 k

Fuerza.
FCB = 60 (–0.6667 i – 0.3333 j + 0.6667 k )

FCB = –40 i – 20 j + 40 k
Momento. 402040
043


kji
M
A
kjiM
A
2040
43
4040
03
4020
04







MA = (160 – 0) i – (120 – 0) j + (–60 + 160) k

MA = (160 i – 120 j + 100 k) N.m

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Solución.
El vector fuerza FCD es único y tiene dos puntos sobre su línea de acción (C y D), sin
embargo, dado que el vector posición debe ser trazado desde el punto de referencia para el
cálculo del momento (A) hacia cualquier punto sobre la línea de acción de la fuerza (C o
D), existen dos configuraciones vectoriales que permiten determinar el momento de la
fuerza dada con respecto al punto A.
CDACA FrM 
CDADA FrM 

Se ha elegido la siguiente configuración de vectores para el cálculo del momento.

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CDACA FrM 

Vector posición.
Punto de referencia para el cálculo del momento: A ( 0 , 0 , 0.32 )
Punto sobre la línea de acción de la fuerza: C ( 0.3 , 0 , 0.4 )
rAC = (0.3 – 0) i + (0 – 0) j + (0.4 – 0.32) k
rAC = 0.3 i + 0 j + 0.08 k
Fuerza. CDCDCD
uFF

uCD: vector unitario de la dirección de la fuerza.
Coordenadas del punto C: C ( 0.3 , 0 , 0.4 )
Coordenadas del punto D: D ( 0 , 0.24 , 0.08 )
Vector CD.
CD = (0 – 0.3) i + (0.24 – 0) j + (0.08 – 0.4) k
CD = –0.3 i + 0.24 j – 0.32 k
Módulo del vector CD. 222
)32.0()24.0()3.0( CD
1024.00576.009.0 CD
25.0CD

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5.0CD

Vector unitario. 5.0
32.024.03.0 kji
u
CD



uCD = –0.6 i + 0.48 j – 0.64 k

Fuerza.

FCD = 200 (–0.6 i + 0.48 j – 0.64 k)
FCD = –120 i + 96 j – 128 k

Momento. 12896120
08.003.0


kji
M
A
kjiM
A
96120
03.0
128120
08.03.0
12896
08.00







MA = (0 – 7.68) i – (–38.4 + 9.6) j + (28.8 – 0) k

MA = (–7.68 i + 28.8 j + 28.8 k ) N.m
Módulo del momento. 222
)8.28()8.28()68.7( 
A
M
44.82944.8299824.58 
A
M
8624.1717
A
M
N.m 45.41
A
M

b) Distancia perpendicular desde el punto A hasta el cable AB. dFM
CDA

CD
A
F
M
d

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N 200
N.m 45.41
d

d = 0.2072 m



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BIBLIOGRAFÍA.
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ingenieros. Estática, 8a ed., McGraw-Hill/Interamericana Editores, S.A de C.V, México,
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Beer, F., E. R. Johnston, D. F. Mazurek y E. R. Eisenberg, Mecánica vectorial para
ingenieros. Estática, 9a ed., McGraw-Hill/Interamericana Editores, S.A de C.V, México,
2010.
Beer, F., E. R. Johnston y D. F. Mazurek, Mecánica vectorial para ingenieros. Estática,
10a ed., McGraw-Hill/Interamericana Editores, S.A de C.V, México, 2013.
Hibbeler, R. C, Mecánica vectorial para ingenieros. Estática, 10 ed., Pearson Education de
México, S.A de C.V. México, 2004.
Hibbeler, R.C, Mecánica vectorial para ingenieros. Estática, 11 ed., Pearson Education de
México, S.A de C.V. México, 2010.
Meriam, J. L y L. G. Kraige. Statics. Seventh Edition. John Wiley & Sons, Inc. Estados
Unidos. 2012.